基于生物傳感器的微流控平臺用于病原菌的快速臨床檢測

近日，來自濟南大學的劉宏教授、周偉家教授和中國科學院深圳先進技術(shù)研究院王澤南副研究員團隊，在國際期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表題為“Biosensor-Based Microfluidic Platforms for Rapid Clinical Detection of Pathogenic Bacteria”的綜述文章，第一作者為侯瑩，劉震。該綜述總結(jié)了微流控生物傳感器（包括用于床旁檢測的微流控設(shè)備）在病原菌臨床檢測中的最新進展。文章詳細探討了各類病原菌檢測策略，并分析了其優(yōu)勢與局限性。同時，重點介紹了用于捕獲和檢測病原菌的先進微流控平臺，如微流道、微陣列、數(shù)字微流體和紙基平臺等，并總結(jié)了這些微流控設(shè)備的研究成果及存在的不足。此外，文章還列舉了基于生物傳感器的微流控設(shè)備在檢測細菌失衡相關(guān)疾病中的應(yīng)用案例。最后，對基于生物傳感器的高效微流控技術(shù)在病原菌臨床檢測中的潛在研究方向提出了展望，為未來的技術(shù)開發(fā)提供了思路。

【本文要點】

要點一：病原菌檢測的一般原理和方法

文章總結(jié)了病原菌檢測的一般原理和方法，包括依賴培養(yǎng)技術(shù)的細菌鑒定、免疫診斷、分子診斷以及單個致病菌的結(jié)構(gòu)分析和成像。深入理解這些原理和方法的優(yōu)勢和不足，并針對這些不足，借助微流控芯片與現(xiàn)有的分子生物學和免疫學檢測方法的高兼容性和無縫集成，為傳統(tǒng)的病原體檢測提供了創(chuàng)新的解決方案。

要點二：用于病原菌檢測的微流控生物傳感器平臺

微流控技術(shù)是一種用于輸送、混合、分離或以其他方式處理液體的綜合技術(shù)?；谠摷夹g(shù)的微流控生物傳感器可分為兩類：基于微芯片的微流控和基于微流控紙張的分析裝置。該部分詳細剖析了近年來利用微流體技術(shù)進行細菌捕獲和檢測的先進平臺，包括微流道、微陣列、數(shù)字微流體和紙質(zhì)平臺。目標是在現(xiàn)場實現(xiàn)快速、高通量、高度特異性和便攜式活病原體檢測系統(tǒng)。

要點三：用于臨床中細菌感染引發(fā)疾病診斷的微流控生物傳感器

微流控的多學科領(lǐng)域有望解決眾多挑戰(zhàn)。已生產(chǎn)出大量可批量生產(chǎn)且具有成本效益的即時檢測醫(yī)療器械。本章總結(jié)了微流控生物傳感平臺在細菌感染引發(fā)的疾病診斷方面的應(yīng)用。便攜式和超靈敏的生物傳感器，包括熒光、電化學、比色和視覺檢測方案，在臨床診斷中具有廣闊的前景。

要點四：總結(jié)與展望

盡管基于生物傳感器的微流控平臺在病原體檢測中的應(yīng)用前景廣闊，但仍存在一些挑戰(zhàn)。解決這些挑戰(zhàn)對于這些技術(shù)的進一步發(fā)展和實際實施至關(guān)重要。

（1）傳感器穩(wěn)定性：確保生物傳感器的長期穩(wěn)定性和可重復性對于保持一致的性能至關(guān)重要。研究應(yīng)著眼于開發(fā)強大的傳感器材料，提高生物識別元件在各種條件下的功能穩(wěn)定性。

（2）靈敏度增強：雖然目前的平臺已經(jīng)證明微流控傳感器平臺可以用于多個病原體標記物或單個細胞的檢測，但高通量、多靶點的檢測容易產(chǎn)生交叉污染。捕獲單元與靶標的結(jié)合特異性也成為影響檢測結(jié)果準確性的重要因素。

（3）集成和小型化：開發(fā)集成和小型化的系統(tǒng)，將樣品制備，病原體檢測和數(shù)據(jù)分析結(jié)合在一個平臺上，對于即時檢測應(yīng)用至關(guān)重要。

（4）大規(guī)模生產(chǎn)和降低成本：大規(guī)模生產(chǎn)這些平臺的可擴展性和經(jīng)濟可行性仍然是重大障礙。應(yīng)努力優(yōu)化制造工藝和利用成本效益高的材料，使這些技術(shù)易于獲得。

（5）POCT應(yīng)用：隨著即時檢測需求的迫切，開發(fā)精確、低成本、集成化、便攜化、高靈敏度的微流控芯片成為人們?nèi)找孀非蟮哪繕?。開發(fā)簡單的手持設(shè)備和用于芯片檢測的信號傳輸方法，如藍牙傳輸和智能手機接收，是微流控芯片廣泛采用的必要條件。

（6）法規(guī)和臨床驗證：確保法規(guī)遵從性和獲得臨床驗證對于在臨床環(huán)境中采用這些平臺至關(guān)重要。為了滿足監(jiān)管機構(gòu)的嚴格要求并獲得醫(yī)療保健專業(yè)人員的信任，必須進行嚴格的測試和標準化。

（7）跨學科合作：基于生物傳感器的微流控平臺的開發(fā)需要跨多個學科的合作，包括生物學、化學、工程學和醫(yī)學。促進跨學科研究和促進學術(shù)界、工業(yè)界和醫(yī)療保健提供者之間的合作關(guān)系將加速這些技術(shù)從實驗室到臨床實踐的轉(zhuǎn)化。